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2015-11

第一原理計算による水素吸蔵合金の特性解析


技術のポイント

原子レベルの理論計算による、 Ti-V系水素吸蔵合金の安定構造と平衡水素圧の解析

基礎研究


背景
Ti-V系合金は燃料電池自動車用水素吸蔵合金の有力候補だが、合金が水素を吸収するのに必要な水素圧は合金組成によって大きく変化する。そのため、実験から最適な組成を予測することが困難であった。

目的
Ti-V系合金と水素化物について第一原理計算を行い、安定な構造と平衡水素圧を検討する。

成果
(1) Ti1-xVxH2を対象にクラスター展開を行い、安定構造を探索した結果結果、Ti1-xVxH2では9組成で安定な規則構造が存在するが、実用温度ではランダム相に相転移すると分かった。
(2) V-H、Ti0.5V0.5-Hを対象に平衡水素圧を計算し、実験データと比較した結果、平衡水素圧の解析で定性的に実験の傾向を再現した。さらにV-H系ではVHよりもVH0.5が主要な水素化物であると分かった。


・手法: PAW法による第一原理バンド計算(VASPコード)

Vの割合x
Ti1-xVxH2の生成エネルギー
T (K)
VとTi0.5V0.5の平衡水素圧



期待される適応分野
Ti-V系、Mg系等の多元水素吸蔵合金の開発

参考文献 [1] H. Kim et al., Int. J. Hydrog. Energy 39 (2014) 10546
[2] R. Griffiths et al., J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1 68 (1972) 2344
[3] J. J. Reilly et al., Inorg. Chem. 9 (1970) 1678
謝辞 本研究は、NEDOの「水素利用技術研究開発事業」の一環として実施したものである。



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